Development and application of ferrite materials for low temperature co-fired ceramic technology

Development and application of ferrite materials for low temperature co-fired ceramic （LTCC） technology are dis- cussed, specifically addressing several typical ferrite materials such as M-type barium ferrite, NiCuZn ferrite, YIG ferrite, and lithium ferrite. In order to permit co-firing with a silver internal electrode in LTCC process, the sintering temperature of ferrite materials should be less than 950 ℃. These ferrite materials are research focuses and are applied in many ways in electronics.

一种L波段新型LTCC滤波器的实现

基于滤波器技术指标,综合分析低温共烧多层陶瓷(LTCC)滤波器中集总、分布两种设计方案的优劣势,提出了一种集总元件和分布元件结合的电路,即两端电路采用集总元件,中间电路采用分布元件,并在建模中优化了元件特性。经过三维电磁软件仿真与工艺加工制作,发现该集总元件和分布元件结合的设计实现了L波段11%相对带宽下插入损耗3 dB以内,回波损耗20 dB以上,近端抑制60 dB以上,远端至X波段无明显寄生通带。测试结果、电路仿真结果和电磁场仿真结果一致性良好。

95+技术在加热炉中的应用及节能减排效果分析

对某炼化企业加热炉采用高效超净余热回收(95+)技术的方案路线和实际应用效果进行了介绍。该技术核心在于燃料气精制系统和燃料气、空气双并联换热系统,以及两段式空气预热器布置。在多套装置中的应用结果表明,95+技术可满足设计指标要求,并且具有可观的经济效益和社会效益,为今后同类型装置或其他加热炉节能减排提供借鉴和参考。

低温共烧低介电常数微波介质陶瓷的研究进展

随着全球移动数据量的爆炸式增加和全球卫星定位系统(GPS)等其他无线通讯定位手段的飞速发展,微波介质陶瓷作为一种至关重要的介质材料,可以承担多种高频信号和微波信号,正朝着高频化和信号的高频可调性方向发展。当今大数据时代,电子器件的轻薄化、高性能和低损耗对微波介质陶瓷材料提出了更高的要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术以其优异的热、电性能和先进的制备工艺成为有源/无源元器件封装的主流,广泛地用于电子器件和电路封装。实际应用中,对用于基板的微波电子器件而言,低介电常数可以有效地避免信号延迟,保证高效的传输速率,高的品质因数(Q×f≥5000 GHz)可以增加选频特性和器件工作的可靠性,近零谐振频率温度系数(τf)可以保障频率随温度变化的稳定性,低的烧结温度(T s≤950℃)可以实现和低熔点、高电导率的金属共烧。因此,低介LTCC陶瓷成为当前研究的热点,极大促进微波介电材料的应用。微波介质材料可分为陶瓷体系(碲酸盐、钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、硼酸盐和磷酸盐)、微晶玻璃体系(CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、MgO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、ZnO-B_(2)O_(3)、MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)、Li_(2)O-MgO-ZnO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)、CuO-B_(2)O_(3)-Li_(2)O)和玻璃+陶瓷复合体系三大类。陶瓷体系一般采用固相法按照化学计量比进行制备。微晶玻璃是一种多晶材料,成分可调,微波介电性能优异,应用广泛。而玻璃+陶瓷复合体系是在低软化点玻璃基体中加入陶瓷填充剂制备出致密度高的微波介质陶瓷,陶瓷填充材料的选择取决于微电子器件的介电需求,主要用于改善微电子器件的介电、热学和力学性能。高性能LTCC材料的研发需要低温烧结介质材料与内电极材料的匹配共烧,从而提高低温烧结介质材料的微波性能和优化低温烧结介质材料的热膨胀系数与热导率。此外,低温烧结介质材料还应具有较好的机械强度和低的生产成本。本文总结了低温共烧低介材料的概念和分类,聚焦于各类共烧陶瓷、微晶玻璃和玻璃+陶瓷复合体系的研究现状与性能特点,系统分析了低温低介共烧材料制备及应用面临的主要问题,展望了其在未来通信技术的应用前景,为今后低烧高性能微波介质材料的发展提供借鉴。

LTCC基板金锡焊接的返修过程质量控制

低温共烧陶瓷(LTCC)基板与硅铝壳体的一体化烧结在航天T/R组件领域具有成熟而广泛的应用,但在实际生产中不可避免地存在因组件性能不达标而需要返修LTCC基板的情况。本文对LTCC基板的金锡返修焊接进行失效分析,指出在多个基板紧密贴合的组件中,各LTCC基板的间距应大于0.1 mm;对于需返修焊接的硅铝壳体,推荐采用化学镍+电镀镍的工艺制备镍层,并且电镀镍层的厚度应大于2μm。

导电银浆流变特性对丝网印刷填孔质量的影响

金属化通孔工艺是低温共烧陶瓷微波元件加工过程中的关键技术,直接影响着元件内部不同层之间电气连接的可靠性。对于采用丝网印刷实现填孔的方式而言,影响通孔填充质量的因素除网版、印刷工艺参数之外,很大程度上取决于导电银浆的特性。从导电银浆流变特性出发,分析了电子浆料触变性、黏度对浆料印刷填孔质量的影响。研究表明较好触变性和适当黏度的导电银浆能够明显提高印刷填孔质量,通孔填充饱满,烧结后金属化通柱无凹陷或凸起和孔洞。这一研究结果可有效指导低温共烧陶瓷薄膜丝网印刷金属化通孔的质量改善。

MCM低温共烧多层陶瓷布线基板热应力的模拟与分析

对ＭＣＭ低温共烧多层布线陶瓷基板的两种典型布线模式在温度急剧变化条件下的应力场进行了计算机模拟，并分析了两种模型下的应力分布特点及差异。

60GHz贴片天线用低温共烧陶瓷基板的微机械加工

为有效提升60GHz贴片天线及阵列的辐射带宽,提出利用微机械手段加工天线的低温共烧陶瓷(LTCC)基板。通过微切削方法在特定生瓷层上制作贯通结构,充填可挥发牺牲材料,完成基板叠压、烧结,待牺牲层升华排净后最终构成三维微结构。设计、制备了悬臂梁、围框结构和微管道等工艺样品。对天线设计电性能进行全波分析,并测试了微流道散热特性。实验结果表明:提出的方法成功解决了不同轴系各方向收缩率不一致、空腔塌陷等工艺问题,制作出的悬臂梁与围框尺寸高宽比达4∶1,总长为12mm,总层厚为1.4mm;内嵌微流道横截面为200μm×200μm,长度达25cm以上;内部光滑,基板表面贴装发热功率密度达2W/cm2的功率器件时提供40K以上的冷却能力;基板经过微机械加工后,天线的辐射带宽可从2.7GHz增加到5.3GHz,而增益的损失甚微。这些结果显示,用简单、低成本的微机械加工方法可在不显著增加制造成本的情况下有效扩增毫米波贴片天线的辐射带宽,为贴片天线阵中有源发射功率器件的设计和贴片天线的三维高密度集成提供了有效的技术支持。

LTCC工艺技术研究

叙述了LTCC技术的起源、特点及未来发展趋势。介绍了LTCC产品的种类、优越性及广阔的应用领域,对LTCC工艺技术中高精度金属化印刷技术和陶瓷高温共烧技术进行了深入研究,剖析了影响金属化印刷精度、导体表面粗糙度、LTCC基板翘曲度和陶瓷强度的工艺因素。并分析了如何根据产品布线特点来设计和优化印刷工艺参数、如何根据基板结构特点来设计和优化排胶曲线。通过大量的工艺试验和数据测试,结果表明,印刷压力影响金属化导体精度和表面粗糙度、烧结曲线排胶段升温速率影响LTCC基板翘曲度和陶瓷强度。

LTCC基板制造工艺研究

低温共烧多层陶瓷（ＬＴＣＣ）基板是制造复杂微电子产品多芯片组件（ＭＣＭ）的重要部件。详细地讨论了ＬＴＣＣ基板制造工艺，介绍了多年研究之经验及国外的有关技术，还指出了目前工艺中存在的技术问题及在工艺水平上与国外的差距。采用目前工艺，可做出２０层布线、线宽及间距均为０．２０ｍｍ。

基于LTPS制程工艺的LCD/OLED显示用玻璃基板发展综述

随着显示行业高端消费品的发展要求,LTPS成为目前显示领域炙手可热的先进技术,但是由于国外技术封锁,国内全部依赖进口,因而我们必须自主研发,提升综合竞争力。本文基于平板显示最新发展动态和研发热点,综述了高分辨率LCD/OLED显示产品所用LTPS制程工艺种类与特点,以及LTPS制程工艺对玻璃基板的理化性能要求,其中,玻璃基板耐热性、热膨胀系数、紫外透过率、弹性模量是十分关键的技术指标;论述了溢流法生产工艺和浮法生产工艺所生产的LTPS玻璃基板的优势与劣势;总结了美国和日本开发满足LTPS制程工艺的玻璃基板产品状况;讲述了我国尚未形成技术和产业突破,亟须加大对LTPS制程工艺的玻璃基板的研发投入和产业探索的现状。

一种基于低温共烧陶瓷的新型多层交叉耦合基片集成波导滤波器

提出了一种4级交叉耦合的拓扑结构,并用其设计了一个多层基片集成波导滤波器.非相邻谐振腔间的交叉耦合使滤波器产生了2个有限传输零点,改善了滤波器的性能.用高频电磁仿真软件HFSS对滤波器进行设计和仿真,并用8层低温共烧陶瓷(LTCC)工艺对其进行加工.测量结果与仿真结果吻合较好,从而证明了所给滤波器结构的有效性.

LTCC基板与高硅铝合金大面积焊接工艺参数优化

基于低温共烧陶瓷(LTCC)电路基板和高硅铝合金封装载体互联的多通道T/R组件对互联界面质量要求高。为了优化大尺寸LTCC基板与高硅铝合金载体钎焊后的互联强度,该文采用试验设计方法设计了大面积LTCC基板与CE11高硅铝合金载体,并进行了焊接试验,利用主效应法识别出影响焊接强度的关键工艺因素是183~140℃内降温速率及焊接峰值温度,并采用回归分析法得到以上两类参数与界面焊接强度的关系模型。通过基于随机梯度下降的Adam算法得到最优的焊接工艺参数:降温速率为0.967℃/s,峰值温度为230℃。基于优化后的工艺参数可得验证样件界面焊接强度为23.6 MPa,与优化后模型预测值的相对误差为2.1%,这证明该文的研究对大尺寸基板与高硅铝合金载体钎焊后界面强度有显著的预测和提升作用。

LTCC无源滤波器的研究现状及进展

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现微波组件小型化、轻量化、高性能和高可靠的有效方法。首先通过多芯片组件技术(MCM)引出了低温共烧陶瓷(LTCC)技术及其应用,接着介绍了LTCC无源滤波器的基本原理和设计方法,分析了目前国内外LTCC无源滤波器的研究概况,并列举了一些典型的应用,最后展望了LTCC无源滤波器的发展前景。基于LTCC的三维集成微波组件在雷达和通讯等技术领域具有广泛的应用前景。

低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感应用研究

从模拟向数字、定频向变频、接插件向平面片式化的方向发展是当前电子信息技术变革的主要方向,而叠层片式电感器件及其相关的低温共烧铁氧体材料,则是实现无源接插件向平面片式化发展的技术瓶颈。通过理论分析、材料研制以及器件应用验证三位一体的研究模式,实现了从材料微观、宏观性能的分析到材料研制途径和工艺优化以及片式器件设计及制备的综合调控,为开发高性能的低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感器件奠定理论和实践基础。在理论研究方面,首先分析了决定低温烧结NiCuZn铁氧体材料主要磁性能:包括起始磁导率、品质因数、饱和磁感应强度、居里温度和矫顽力等的关键影响因素,为材料研制过程中如何控制和改善这些磁性能提供了重要的理论指导。然后又从物质迁移的角度探讨了促进NiCuZn铁氧体低温烧结和致密化的有效途径。此外,为了实现低温烧结NiCuZn铁氧体能够根据磁导率目标要求进行材料配方的"量身定制",还结合理论推导和数值拟合得到NiCuZn铁氧体磁导率的半经验计算公式,并基于遗传算法建立配方优化设计程序,大大提高了材料研发的效率和速度。在材料实验研究方面,分别采用了三种方法,即氧化物法、sol-gel法以及复合法对低温烧结NiCuZn铁氧体展开研究。在氧化法材料研制过程中,首先明确了NiCuZn铁氧体配方设计的基本原则,并在此基础上详细研究了主配方中CuO含量对材料烧结特性、微观形貌及电磁性能的影响,确定当主配方中x(CuO)为10.2%时,能较好兼顾材料低温烧结和高电磁性能的要求。此后通过对比实验,详细研究了预烧温度、球磨时间以及升温速率等制备工艺参数对材料烧结特性和电磁性能的影响。确定了低温烧结NiCuZn铁氧体最佳的预烧温度为800℃;最佳的二次球磨时间为24 h;最佳的升温速率应≤2.5℃/min。最后研究了不同的掺杂组合模式对材料性能的影响,明确了获得高磁导率的掺杂模式为:加入物的最佳质量分数是1.5%Bi2O3+0.3%WO3;兼顾高磁导率和高品质因数的掺杂模式为:1.5%Bi2O3+0.3%WO3+0.2%Co2O3。在sol-gel法低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制过程中,首先对工艺过程中形成的干凝胶、自蔓延燃烧粉末以及最终烧结样品的晶相结构进行了分析。明确了经过自蔓延燃烧后的粉末已经铁氧体化,且粉末颗粒尺寸仅为几十纳米,具有很好的表面自由能。然后将sol-gel法与氧化物法制备样品的烧结特性和电磁性能进行了综合对比,详细分析了两种低温烧结铁氧体制备方法各自的技术优劣。此后,又采用了综合氧化物法和sol-gel法的复合法进行低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研制。研究发现,纳米铁氧体微粉掺杂对促进NiCuZn铁氧体的低温烧结效果明显。这是由于具有高活性的纳米微粉均匀混合到氧化物法制备的微米级粉料中,增大了颗粒之间的接触面积及互扩散的缘故。同时,复合法能够避免氧化物法和sol-gel法各自技术上的一些缺陷,因而有望获得更好的材料电磁性能。在片式电感应用研究方面,首先基于有限元计算和电磁场仿真的思想,借助HFSS软件,进行片式电感结构的优化设计及性能的仿真预测。明确了对于0603型片式电感,当采取绕线长边长a=1 200μm,短边长b=500μm,绕线线宽w=100μm,绕线距上下边距μ=150μm时,能获得较好的片式电感性能。同时,通过拟合得到片式电感的感量与叠层匝数之间的指数关系。此后,对片式电感制备工艺流程进行了详细分析,明确了一些工艺控制的关键技术。最后,采用研制的低温烧结NiCuZn铁氧体材料,按照优化的片式电感结构,在电子科大LTCC工艺线上进行了片式电感的实际研制。经验证,实际制备的片式电感的感量比仿真预测值偏低,这主要是由于片式电感磁芯的磁导率与标样环有一定的差异所致,但电感量与叠层绕匝数之间的指数关系与预测值较为吻合。

LTCC电路基板大面积钎焊接头强度特性和失效分析

采用钎焊工艺对LTCC电路基板与封装载体进行互联,针对大尺寸LTCC电路基板与封装载体钎焊接头的强度特性和失效特征进行了分析。结果表明,LTCC电路基板(焊盘为Au/Pt/Pd)与载体(表面镀层Au 0.5μm)采用Sn63Pb37共晶钎料大面积钎焊后接头的抗剪强度平均值为28.21 MPa,而异常试样的抗剪强度只有平均值的30%。LTCC焊盘较为疏松,内部密布贯穿孔洞,钎焊后锡铅钎料中的Sn元素通过孔洞进入到LTCC焊盘内部,且部分到达LTCC焊盘与LTCC电路基板的界面部位,并在LTCC焊盘内部形成了大面积的非枝晶状的金锡合金AuSn_(4)。抗剪强度异常试样LTCC焊盘与LTCC电路基板的烧结结合强度相较正常试样低,是导致界面失效、钎焊接头抗剪强度降低的主要原因。

电子陶瓷材料在多芯片组件(MCM)中的应用

论述了电子陶瓷在多芯片组件(MCM)中的应用、性能要求及优点。重点叙述低温共烧陶瓷基板技术以及AlN陶瓷基板材料的合成与优异性能。

X波段LTCC铁氧体环形器的设计

针对微波铁氧体材料与低温金属浆料及LTCC陶瓷材料在工艺上的匹配共烧的技术难题,文中采用本征模设计方法,运用阻抗匹配技术,借助微波仿真HFSS和Auto CAD软件设计了一种X波段单Y结LTCC铁氧体环形器。器件模型在10.9~12 GHz的频率范围内出现环形功能,其带宽为1.1 GHz,插入损耗≤0.5 d B,回波损耗≥10 d B,隔离度≥13 d B,驻波比≤1.5 d B。此设计有望实现微波环形器与低温共烧陶瓷（LTCC）技术的有效结合。

低NO_x燃烧技术改造对切圆燃烧锅炉热量分配的影响

基于调试和试验数据,对切圆燃烧锅炉低NOx燃烧技术改造后存在的锅炉主、再热汽温偏低的问题进行了分析。结果表明:低NOx燃烧技术改造后,锅炉主、再热汽温偏低主要是由锅炉热量分配向水冷壁区前移引起;前移原因是由于新增SOFA风加大了燃尽区氧量,导致燃烧速率随氧量增加大幅提高;同时SOFA风分流作用也使主燃烧区由燃烧速率随氧量平缓变化区间转入快速变化区间;低NOx燃烧技术改造后主燃烧区和燃尽区同时处在燃烧速率随氧量快速变化区间,使得氧量变化会对锅炉热量分配产生明显影响,导致汽温、汽压和汽包水位等参数出现大幅波动。

CaO-ZnO-B_2O_3-SiO_2玻璃/Al_2O_3低温共烧复合陶瓷基板研究

用CaO-ZnO-B2O3-SiO2玻璃和氧化铝陶瓷复合材料制备了低温共烧陶瓷基板。在CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃中引入ZnO,玻璃微晶化后的主晶相仍为硅灰石,但它的软化温度有不同程度的降低,同时析晶温度也有了显著的改变。特别是以ZnO部分取代CaO时,析晶温度明显提高。该玻璃与氧化铝复合可以在较宽的温度范围内烧结。在850℃/30 min烧结,得到了气孔率为1%、介电常数εr=7.10的陶瓷基板材料。